測量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻-完整版獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、4.2 測量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)思 維 啟 迪1.掌握利用儀器測量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的方法2.通過設(shè)計(jì)電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣3.學(xué)會(huì)利用圖線處理數(shù)據(jù)的方法、誤差分析. 電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r是電源的兩個(gè)重要參數(shù) 干電池用一段時(shí)間，接入電路后小燈泡會(huì)變暗(如圖421所示)，是它的電動(dòng)勢(shì)變化了呢？還是內(nèi)阻發(fā)生了變化？我們可以通過什么辦法將它們測出來呢？圖4-2-1課前自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)原理1.用電壓表、電流表加上一個(gè)可變電阻，測定電動(dòng)勢(shì)時(shí)的電路圖如圖422所示知識(shí)梳理圖4-2-2其計(jì)算式為E_.UIr2用電流表、電阻箱測定電動(dòng)勢(shì)時(shí)的電路圖如圖423所示圖4-2-3其計(jì)算式為E

2、_.IRIr3用電壓表、電阻箱測定電源的電動(dòng)勢(shì)時(shí)的電路圖如圖424所示 圖4-2-4二、數(shù)據(jù)處理方法代數(shù)法：運(yùn)用解方程組求解E和r，為了減小實(shí)驗(yàn)的偶然誤差，利用U和I值多求幾組E和r的值，算出它們的_用作圖法求電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，作UI圖像時(shí)，在坐標(biāo)圖上以_為橫坐標(biāo)，以_縱坐標(biāo)，作出圖像后，把這條直線用虛線延長，這條直線與縱軸交點(diǎn)的物理意義是_，與橫軸交點(diǎn)的物理意義是_ ，直線的斜率的絕對(duì)值的物理意義是_ ，由此可以看出，用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是_ ，但要求在測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，作圖像時(shí)必須嚴(yán)格認(rèn)真，且使大多數(shù)的點(diǎn)在這一直線上，不在這一直線上的點(diǎn)大致均勻地分布在直線的兩側(cè)，才能從圖像中找

3、出正確的結(jié)論和準(zhǔn)確的答案平均值電流強(qiáng)度I路端電壓U電源的電動(dòng)勢(shì)E電源的短路電流I短電源的內(nèi)電阻r直觀、簡便三、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前應(yīng)選擇比較_的干電池，但外殼不要腐爛，一般選取電池內(nèi)阻約在25 即可2電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯_，因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)的過_，讀電表示數(shù)要快，每次讀完立即斷電3在畫UI圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個(gè)別偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)以減少_誤差舊增大大偶然1在測定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線，配合下列儀器，可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?()A一只電流表和一個(gè)電阻箱B一只電流表、一只電壓

4、表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器C一只電壓表和一個(gè)電阻箱D一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器答案：ABC基礎(chǔ)自測2用圖像法計(jì)算電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻時(shí)，先要描點(diǎn)，就是在UI坐標(biāo)系中描出與每組I、U值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，以下說法中正確的是 ()A這些點(diǎn)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地分布在一條直線上，即UI圖線應(yīng)通過每個(gè)點(diǎn)B這些點(diǎn)應(yīng)當(dāng)基本上在一條直線上，由于偶然誤差不能避免，所以UI圖線不可能通過每一個(gè)點(diǎn)C畫UI圖線時(shí)應(yīng)當(dāng)使它通過盡量多的描出的點(diǎn)D不在UI圖線上的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)大致均勻地分布在圖線兩則答案：BCD3圖425為某次測量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻所作的圖像，有關(guān)這個(gè)圖像的說法正確的是 () 圖4-2-5A縱軸截距表示待測電源的電動(dòng)勢(shì)，即E3 VB橫軸截距表示

5、短路電流，即I短0.6 A答案：AD4在測電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，下列注意事項(xiàng)中錯(cuò)誤的是 ()A應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)的變化比較明顯B應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C移動(dòng)變阻器的觸頭時(shí)，不能使滑動(dòng)變阻器短路造成電流表過載D根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作UI圖像時(shí)，應(yīng)通過盡可能多的點(diǎn)畫一條直線，并使不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)答案：B5在用伏安法測定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，圖426是某一同學(xué)的實(shí)際接線圖他接線處有一處錯(cuò)誤，只需去掉一根導(dǎo)線，就可改正此錯(cuò)，這根導(dǎo)線的編號(hào)是_答案： 圖4-2-6課堂互動(dòng)探究(1)伏安法測E和r實(shí)驗(yàn)電路如圖4-2-7所示.實(shí)驗(yàn)原理:根據(jù)

6、閉合電路歐姆定律:E=U+Ir,改變外電路電阻R,用電流表和電壓表測出兩組總電流I1、I2和路端電壓U1、U2，即可得到兩個(gè)歐姆定律方程：E=U1+I1r和E=U2+I2r.解此方程組可得電源的電動(dòng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)電路及原理圖4-2-7(2)其他測量電路用電阻箱和電流表測定，實(shí)驗(yàn)電路如圖428所示實(shí)驗(yàn)原理：改變電阻箱的阻值，記錄R和I，圖4-2-8圖4-2-9用電阻箱和電壓表測定，實(shí)驗(yàn)電路如圖429所示【例1】 某同學(xué)用電流表和電壓表測量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，所用滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為020 ，連接電路的實(shí)物圖如圖4210所示該同學(xué)接線中錯(cuò)誤和不規(guī)范的做法是 ()圖4-2-10A滑動(dòng)變阻器不起“變阻”

7、作用B電流表的接線有錯(cuò)C電壓表的量程選用不當(dāng)D電壓表的接線有錯(cuò)解析：變阻器要起“變阻”的作用，必須使接入電路的兩根導(dǎo)線一條接在下面的線柱上，另一條接在上面的金屬桿的一端上，故圖中變阻器起不到“變阻”的作用，A正確；電流表和電壓表接入電路時(shí)，選擇好恰當(dāng)?shù)牧砍毯?，要特別注意“”“”接線柱是否連接正確圖中電流表的“”“”接線柱出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，B正確；干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，電壓表量程選擇適當(dāng)，C錯(cuò)誤；但電壓表不能直接并聯(lián)到電源兩端，因?yàn)殚_關(guān)斷開后，電壓表仍有示數(shù)，D正確故正確答案為ABD.答案：ABD【題后反思】 連接實(shí)物電路圖時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：(1)先畫出電路圖，這是連接實(shí)物圖的依據(jù)(2)先連

8、接干路，再連接支路(3)注意電源的正負(fù)極，電表的正負(fù)接線柱，電表量程的選擇以及滑動(dòng)變阻器接線柱的合理選用利用伏安法測量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，現(xiàn)有的器材為：干電池：電動(dòng)勢(shì)約1.5 V，符號(hào) 電壓表：量程1 V，內(nèi)阻998.3 ，符號(hào)電流表：量程為1 A，符號(hào)滑動(dòng)變阻器：最大阻值10 ，符號(hào)電阻箱：最大阻值99 999.9 ，符號(hào)單刀單擲開關(guān)1個(gè)，符號(hào) 導(dǎo)線若干設(shè)計(jì)測量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路并將它畫在指定的方框內(nèi)，要求在圖中標(biāo)出電壓表、電流表的接線柱的正負(fù)為了滿足本實(shí)驗(yàn)要求并保證實(shí)驗(yàn)的精確度，電壓表量程應(yīng)擴(kuò)大為原量程的_倍，電阻箱的阻值應(yīng)為_.解析：電源電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，而電壓表最大量程為1 V

9、，需將電壓表擴(kuò)大量程再用，故電壓表應(yīng)與電阻箱串聯(lián)使用，設(shè)計(jì)電路如右圖所示：答案：見解析圖所示2998.3EUIr可以寫成UrIE，其中r、E分別是電源的內(nèi)電阻和電動(dòng)勢(shì)，對(duì)于不同的幾次測量來說U、I各不相同是變量，所以UErI可以看做一個(gè)一次函數(shù)的表達(dá)式，它的UI圖像是一條直線以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)此時(shí)可以大致看到這些點(diǎn)呈直線分布如果發(fā)現(xiàn)個(gè)別明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)該把它刪除用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)，這條直線就能很好地代表UI關(guān)系，如圖4211所示用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖4-2-11

10、【注意事項(xiàng)】(1)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：為了使電源的路端電壓變化明顯，電源的內(nèi)電阻宜大些(或與電源串聯(lián)一個(gè)幾歐的電阻充當(dāng)內(nèi)電阻)實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，每次讀完立即切斷電源，且最好使I值由大到小順序變化，使實(shí)驗(yàn)過程中E和r的值保持穩(wěn)定要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些(2)在畫UI圖線時(shí)，要盡量使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不考慮這樣，就可減小偶然誤差，提高測量精度電源內(nèi)電阻較小時(shí)U的變化較小，可以通過將I軸向U軸的正方向平移的方法來使圖線更完整，圖線斜率的絕對(duì)值仍是電源的內(nèi)電阻(3)造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因是未考慮電壓表的分流

11、作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流(即流過電源的電流)要小一些作圖不準(zhǔn)確也造成偶然誤差【例2】 下面是在測某電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中記錄的六組數(shù)據(jù)請(qǐng)?jiān)谥苯亲鴺?biāo)系中畫出UI圖像，并根據(jù)圖像算出待測電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻.U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57解析：建立坐標(biāo)系，利用描點(diǎn)法畫出UI圖像如下圖所示第四個(gè)點(diǎn)明顯偏離，視為偶然誤差造成的，應(yīng)舍去直線與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)即為電源的電動(dòng)勢(shì)E1.47 V，直線的斜率大小即為電源內(nèi)電阻r0.75 .答案：1.47 V0.75 【題后反思】 運(yùn)用圖像處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果有兩種情況：一

12、種是根據(jù)圖像發(fā)現(xiàn)規(guī)律，這在探索性實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較多；另一種是根據(jù)圖像的性質(zhì)求出有關(guān)物理量，本題的應(yīng)用就是后者圖4-2-12答案：2.9 V0.9 (1)偶然誤差：使用圖427實(shí)驗(yàn)電路圖主要來源于電流表和電壓表的讀數(shù)誤差以及作UI圖像時(shí)描點(diǎn)不很準(zhǔn)確等(2)系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來源于未計(jì)電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路電流實(shí)際上電流表的示數(shù)比干路電流略小如果由實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出如圖4213所示中的實(shí)線a.伏安法測E、r實(shí)驗(yàn)的誤差分析 圖4-2-13那么考慮到電壓表的分流后，得到的UI圖像應(yīng)是圖4213中的虛線b，由此可見，測出的電源電動(dòng)勢(shì)E測E真，電源內(nèi)電阻r測”“”或“”) 圖4-2-16解析：(1)如圖所示此問實(shí)際涉及三點(diǎn)：儀器的選擇選擇A，B(“00.6 A”)，C(“03 V”)，D，F(xiàn)，G，H.設(shè)計(jì)電路要求系統(tǒng)誤差較小，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法按設(shè)計(jì)電路順序連線(2)電流表讀數(shù)：0.6 A擋為0.28 A,3 A擋為1.40 A；電壓表讀數(shù)：3 V擋為0.50 V,15 V擋為2.5 V.(4)由實(shí)驗(yàn)原理及電路分析知：E測E真，r測r真答案：(1)見解析(2)0.28 A1.40 A0.50 V2.5 V(3)1(4)【題后反思】 實(shí)驗(yàn)誤差主要來自于電壓表的分流引起的，該實(shí)驗(yàn)測得電源的內(nèi)阻